Quantità di sostanza

Che cos'è la quantità di sostanza?

La quantità di sostanza, nota anche come quantità chimica, è una delle sette grandezze fondamentali del Sistema Internazionale; la sua unità di misura è la mole (mol) e viene indicata con la lettera n.

Per indicare quindi che in un certo recipiente ci sono 0,1 moli di una determinata sostanza, la dicitura corretta da utilizzare è la seguente:

n = 0,1 mol

in cui:

n è il simbolo della quantità di sostanza;
0,1 è il valore numerico della grandezza;
mol è l'unità di misura della quantità di sostanza.

Tale grandezza è - in chimica - di fondamentale importanza in quanto permette di poter svolgere i calcoli stechiometrici.

Definizione di mole

La mole è definita come la quantità di sostanza che contiene un numero di Avogadro di particelle elementari, atomi o molecole.

Per meglio comprendere questo concetto consideriamo un atomo di ossigeno, O (massa atomica 16 u), e un atomo di zolfo, S (massa atomica 32 u): notiamo che l'atomo di zolfo è circa 2 volte più pesante dell'atomo di ossigeno.

Se ora consideriamo due atomi di zolfo e due atomi di ossigeno, notiamo che il rapporto delle loro masse è sempre di 2 : 1; infatti i due atomi di zolfo peseranno 64 u, mentre i due atomi di ossigeno peseranno 32 u. Se ora consideriamo invece dieci atomi di zolfo e dieci atomi di ossigeno, il rapporto delle loro masse sarà sempre di 2 : 1.

In generale se consideriamo n atomi di zolfo e n atomi di ossigeno, il rapporto tra le loro masse è sempre 2 : 1.

Se prendiamo 32 g di zolfo, cioè una massa uguale alla massa atomica dello zolfo espressa in grammi, e 16 g di ossigeno, cioè una massa uguale alla massa atomica dell'ossigeno espressa in grammi, allora entrambe le quantità contengono lo stesso numero n di atomi poiché le rispettive masse sono sempre nel rapporto di 2 : 1.

Le n particelle con massa complessiva pari alla massa atomica espressa in grammi costituiscono una ben precisa quantità chiamata mole, che è l'unità di misura della quantità di sostanza.

Tale numero n è stato determinato sperimentalmente ed è risultato essere 6,022 · 10²³. Esso viene indicato con N_o ed è chiamato numero di Avogadro.

Se anziché a degli atomi ci riferiamo a delle molecole il discorso appena fatto resta identico.

Altra definizione di mole

Un'altra definizione che possiamo dare di mole è la seguente: la mole è la quantità di sostanza che contiene tante entità elementari, atomi o molecole, quanti sono gli atomi presenti in 12 g di carbonio ¹²C. In 12 grammi di carbonio-12 sono infatti presenti sempre un numero di Avogadro di particelle.

Mole e massa molare

La massa in grammi di una mole prende il nome di massa molare; la massa molare viene indicata con la lettera MM e viene misurata in g/mol.

Nel caso di un elemento chimico monoatomico, la massa molare corrisponde numericamente al peso atomico; nel caso di una molecola la massa molare corrisponde alla somma di tutte i pesi atomici di tutti gli atomi che compongono la molecola.

Così, ad esempio, la massa molare del sodio (Na) è 22,99 g/mol. La massa molare dell'acqua corrisponde invece a:

MM (H₂O) = 1 · 2 + 16 = 18 g/mol

Nel caso del sodio, una mole equivale pertanto a 22,99 g di sodio; nel caso dell'acqua una mole corrisponde a 18 g.

Varie moli

Tutte i vetrini contengono una mole di sostanza: infatti in ognuna di esse è presente una quantità in grammi pari al valore della massa molare. Tutte le sostanze contengono un numero di Avogadro di particelle (ovvero 6,022 · 10²³ atomi)

Calcolo del numero di moli

Se vogliamo determinare la quantità di sostanza presente in una determinata massa di sostanza, è necessario dividere la massa in grammi per il valore della massa molare dell sostanza. In formule:

Così, ad esempio, la quantità di sostanza presente in 9 grammi di glucosio (C₆H₁₂O₆) è:

n = 9 / 180 = 0,05 mol

in cui 180 è la massa molare del glucosio.

Prova tu

Calcola la quantità di sostanza presente in 5 grammi di anidride carbonica CO₂.

Svolgimento

Determiniamo inizialmente la massa molare della CO₂:

MM = 12,01 + (2 · 16) = 44,01 g/mol

Calcoliamo il numero di moli:

n = g / MM = 5 / 44,01 = 0,114 mol